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1、第第 2.2 2.2 节节 双侧电源网络相间短路双侧电源网络相间短路的方向性电流保护的方向性电流保护1 1 双电源及多电源系统供电更可靠。双电源及多电源系统供电更可靠。 如下图，即使断路器如下图，即使断路器1、2跳开（无论何原因），跳开（无论何原因），则变电站则变电站M、N、P、Q的供电情况受到的影响较小。的供电情况受到的影响较小。2 2 找差异找差异怎么办？怎么办？希望：保护希望：保护3 3跳闸，保护跳闸，保护2 2不跳闸。不跳闸。一、问题的提出一、问题的提出 如果保护如果保护16均按照第一节的方法进行整定，那均按照第一节的方法进行整定，那么，在么，在K1点发生短路时，如果短路电流点发生短路
2、时，如果短路电流 IK 大于保大于保护护2 的定值，就会造成保护的定值，就会造成保护2的误动，从而导致变电的误动，从而导致变电站站N被停电（被停电（保护保护3 3应当动作跳闸应当动作跳闸）。）。3 3发现发现差异差异：保护保护2 2的方向与的方向与 的方向相反；的方向相反； 保护保护3 3的方向的方向与与 的方向相同。的方向相同。 我们规定继电保护工作的我们规定继电保护工作的“正方向正方向”： 由继电保护安装处指向被保护元件。由继电保护安装处指向被保护元件。 （教材：由母线指向线路（教材：由母线指向线路 仅针对线路）仅针对线路） 为此，如果我们设计一个方法能够区分为此，如果我们设计一个方法能够
3、区分“正方向正方向”和和“反方向反方向”( (差异差异) )，那么，问题就迎刃而解了。，那么，问题就迎刃而解了。4 4 区分方向的问题，必须采用至少区分方向的问题，必须采用至少 2 2 个电气量的相个电气量的相量比较。量比较。 经过研究、分析，采用：经过研究、分析，采用：以以保护安装处的电压作保护安装处的电压作为参考相量。为参考相量。 于是，保护于是，保护2和和3有如下的相量关系：有如下的相量关系：5 5可以设法仅让正方向动作可以设法仅让正方向动作对对“地地”电压电压6 6 如果实现了短路方向的判别，那么，只要在方向如果实现了短路方向的判别，那么，只要在方向相同的保护之间进行相同的保护之间进行
4、“配合配合”即可。如下图，即可。如下图，1 1、3 3、5 5为朝着同一个方向为朝着同一个方向，右侧电源相当于不产生影响，右侧电源相当于不产生影响，这样，就可以利用前述的单电源方法。这样，就可以利用前述的单电源方法。类似地，类似地，2 2、4 4、6 6为另一个方向。为另一个方向。双电源问题归结为：双电源问题归结为：如何区分短路的方向？如何区分短路的方向？7 7二、方向性电流保护工作原理二、方向性电流保护工作原理 在原有电流保护基础上增加方向判别元件，反在原有电流保护基础上增加方向判别元件，反方向故障时把保护闭锁不致误动。方向故障时把保护闭锁不致误动。 无方向无方向元件的电流保护（延时可以为元
5、件的电流保护（延时可以为0）有方向有方向元件的电流保护元件的电流保护( (方向性电流保护方向性电流保护) )8 8无方向元件无方向元件有方向元件有方向元件继电器连接方式的原理图继电器连接方式的原理图9 9三、方向元件的工作原理三、方向元件的工作原理( (以三相短路为例以三相短路为例) ) 仅讨论微机保护的实现方法仅讨论微机保护的实现方法希望的动作区域希望的动作区域( (电流变化范围电流变化范围) )1010111112121313还有一种实现方法，称为还有一种实现方法，称为相位比较方程相位比较方程。1414对（功率）方向元件的对（功率）方向元件的基本要求基本要求是：是： 1 1、应具有明确的方
6、向性。、应具有明确的方向性。 2 2、正向故障时可靠动作，有足够的灵敏性。、正向故障时可靠动作，有足够的灵敏性。 （应当比电流元件的灵敏度更高，否则，（应当比电流元件的灵敏度更高，否则， 会影响保护的灵敏度）会影响保护的灵敏度）1515 因为因为 1 1个电气量无法进行比较（称为出现死区），个电气量无法进行比较（称为出现死区），所以，所以， 2 2个电气量都需要设定一个最小的门槛。个电气量都需要设定一个最小的门槛。 此门槛要求：此门槛要求：在电流保护第在电流保护第III段末端发生短路时，段末端发生短路时，保护安装处的测量电流、电压要大于这个门槛值，即保护安装处的测量电流、电压要大于这个门槛值，
7、即末端短路时，方向元件应当可靠动作，否则，会影响末端短路时，方向元件应当可靠动作，否则，会影响保护灵敏度。保护灵敏度。1616四、方向元件的接线方式四、方向元件的接线方式 接线方式接线方式 引入什么电压与电流？引入什么电压与电流？对接线方式的对接线方式的要求要求：1 1）正方向任何短路都能动作，反方向不动。）正方向任何短路都能动作，反方向不动。2 2）接入的电压、电流尽可能大。）接入的电压、电流尽可能大。 经过分析论证，目前，相间短路的方向元件较多经过分析论证，目前，相间短路的方向元件较多地采用一种称为地采用一种称为9090的接线方式。的接线方式。1717 90 90接线方式（称呼接线方式（称
8、呼方便）：三相对称、且方便）：三相对称、且cos= 1 时，引入的电时，引入的电流与电压的夹角。流与电压的夹角。 即即:1818A相极性连接示意图相极性连接示意图注意：注意：1 1）极性连接。）极性连接。2 2）按相连接。）按相连接。1919三相连接示意图（极性、按相）三相连接示意图（极性、按相）20201 1、正方向发生三相短路、正方向发生三相短路 设线路阻抗角为设线路阻抗角为 ( (只画出只画出A相电流相电流) )。电压超前电流的角度：电压超前电流的角度：21212 2、正方向发生两相短路、正方向发生两相短路 1 1）近处）近处BC两相短路两相短路 C相角度类似相角度类似2222 2 2）
9、远处）远处BC两相短路两相短路C相类似分析，但是，有：相类似分析，但是，有： 2323 归纳上述分析，可以知道：归纳上述分析，可以知道： 在三相和两相短路情况下，在三相和两相短路情况下，电压超前电流电压超前电流的角度在的角度在下列角度之间：下列角度之间：2424 考虑到，小电流接地系统的线路阻抗角为（考虑到，小电流接地系统的线路阻抗角为（60607575）度之间，代入上述关系，可知：）度之间，代入上述关系，可知： 兼顾上述各种相间短路的情况，于是，通常将最兼顾上述各种相间短路的情况，于是，通常将最大灵敏角（电压超前电流的角度）设计为：大灵敏角（电压超前电流的角度）设计为：2525 对应于最早提
10、到的动作区域对应于最早提到的动作区域( (左下图左下图) )， 实际的动作区域应当如右下图。实际的动作区域应当如右下图。26269090接线方式的优点接线方式的优点（1 1）对各种两相短路都没有死区）对各种两相短路都没有死区 因为引入了非故障相电压。因为引入了非故障相电压。（2 2）适当选择内角后，对各种故障都能保证方）适当选择内角后，对各种故障都能保证方 向性。向性。 另外，出口三相短路时，没有电压，会出现另外，出口三相短路时，没有电压，会出现“死区死区”(Um=0)”(Um=0)，故采用短路前的，故采用短路前的“记忆电压记忆电压”进进行比较。行比较。2727 短路前的短路前的“记忆电压记忆
11、电压”与与“短路后的电流短路后的电流”进进行方向比较（短路方向判别）。行方向比较（短路方向判别）。电压约等于电压约等于0 0，无法进行方向判别无法进行方向判别2828五五. .双侧电源网络中方向电流保护应用特点双侧电源网络中方向电流保护应用特点 在多端供电的网络中，方向性电流保护可以保在多端供电的网络中，方向性电流保护可以保证各保护之间动作的选择性。证各保护之间动作的选择性。存在的问题：存在的问题： 1 1）接线复杂）接线复杂( (非微机时，可靠性降低非微机时，可靠性降低) )、投资增、投资增 加；加； 2 2）保护安装处正方向出口发生三相短路，存在）保护安装处正方向出口发生三相短路，存在 动
12、作动作“死区死区”（II段、段、III段有延时，无记忆作段有延时，无记忆作 用）。用）。2929 为此，方向元件的配置应该按照为此，方向元件的配置应该按照 “少而精少而精” ” 的原则。的原则。1 1）电流整定值能保证选择性时，不加方向元）电流整定值能保证选择性时，不加方向元 件；件；2 2）在线路一端加方向元件后满足选择性要求）在线路一端加方向元件后满足选择性要求 时，不必在线路两端都加方向元件。时，不必在线路两端都加方向元件。3030具体选择的方法：具体选择的方法：（1 1）对于电流速断（）对于电流速断（1 1段、段、2 2段）段） 如果反方向的最大短路电流小于本保护的定值，如果反方向的最
13、大短路电流小于本保护的定值，可以不加方向元件可以不加方向元件( (不会误动不会误动) )。（2 2）对于过电流保护（）对于过电流保护（3 3段）段） 一般按照躲最大负荷电流整定，故很难从电流定一般按照躲最大负荷电流整定，故很难从电流定值上躲开，主要从时间上考虑，仅最长延时的值上躲开，主要从时间上考虑，仅最长延时的那一那一个个可以不装方向元件。可以不装方向元件。3131 过电流保护一般通过过电流保护一般通过比较延时比较延时的大小来决定是否的大小来决定是否装设方向元件。装设方向元件。 仅比较正、反向都有电源的仅比较正、反向都有电源的3 3段延时，段延时，仅延时最长仅延时最长的一个的一个可以不装方向
14、元件。可以不装方向元件。3232六六. .双侧电源网络的电流保护整定计算双侧电源网络的电流保护整定计算 在整定计算中，由于双电源的存在，使得短路电在整定计算中，由于双电源的存在，使得短路电流的计算略微复杂一些。为此，引入了流的计算略微复杂一些。为此，引入了“助增助增”、“外汲外汲”和和“分支电流分支电流”、“分支系数分支系数”等概念。等概念。 但是，原则都是一样的：但是，原则都是一样的： 1 1）按最大短路电流整定；）按最大短路电流整定； 2 2）取最小短路电流校验。）取最小短路电流校验。（避免概念太多，留到距离保护中再介绍）（避免概念太多，留到距离保护中再介绍）3333A A）MN单回线单回
15、线运行时，运行时，B B）MN双双回线回线运行时，运行时，3434思考：思考：1 1）保护）保护1 1在何种情况下出现短路电流最大？在何种情况下出现短路电流最大？ 最小呢？最小呢？2 2）保护）保护2 2呢？呢？3535 应当说明：应当说明：在微机保护中，由计算机可以直接实在微机保护中，由计算机可以直接实现现 的比较（仅仅是的比较（仅仅是2 2个相量的个相量的计算与比较）。计算与比较）。 但是，在模拟量构成的方向元件中，必须将电流、但是，在模拟量构成的方向元件中，必须将电流、电压都统一到一种电气量后（或电流、或电压），电压都统一到一种电气量后（或电流、或电压），才能进行比较，否则，无法直接实现
16、才能进行比较，否则，无法直接实现 + +、- - 计算。计算。3636整流型方向元件示意图整流型方向元件示意图3737故障前故障前故障后故障后 如何从波形中进行相位的分析？方向行为？如何从波形中进行相位的分析？方向行为？3838 如何从波形中进行相位的分析？方向行为？如何从波形中进行相位的分析？方向行为？确定参考确定参考3939 如何从波形中进行相位的分析？方向行为？如何从波形中进行相位的分析？方向行为？确定参考确定参考4040 如何从波形中进行相位的分析？方向行为？如何从波形中进行相位的分析？方向行为？电流最灵敏电流最灵敏的位置的位置4141 如何从波形中进行相位的分析？方向行为？如何从波形
17、中进行相位的分析？方向行为？电流最灵敏电流最灵敏的位置的位置边界线边界线动作区域动作区域4242 根据短路后电压、电流的相位关系，分析和判定根据短路后电压、电流的相位关系，分析和判定继电保护是否正确动作。继电保护是否正确动作。4343下图中，下图中， 分别接到什么保护中？分别接到什么保护中？ 思考：思考：在在K1K1、K2K2、K3K3分别发生短路时，何处短路分别发生短路时，何处短路算出口短路？何处算正方向短路？算出口短路？何处算正方向短路？何处算反方向何处算反方向（或区外）短路？（或区外）短路？4444 图图2.292.29供了解，那是晶体管、集成电路的实现供了解，那是晶体管、集成电路的实现
18、框图。框图。 提前说明：在后续介绍的距离保护（阻抗保护）提前说明：在后续介绍的距离保护（阻抗保护）中，既可以实现短路范围的判别（现在已学习的中，既可以实现短路范围的判别（现在已学习的是：电流判别），还可以识别短路的方向（现在是：电流判别），还可以识别短路的方向（现在已学习的是：方向元件），另外，距离保护受系已学习的是：方向元件），另外，距离保护受系统运行方式的影响要小很多。统运行方式的影响要小很多。4545 在实际工程中，到目前为止，由一个地方电气量在实际工程中，到目前为止，由一个地方电气量构成的输电线路继电保护（单端电气量保护），还构成的输电线路继电保护（单端电气量保护），还无法判别线路末端
19、和相邻线路的出口短路，因此，无法判别线路末端和相邻线路的出口短路，因此，设计原则都是一样的。即：设计原则都是一样的。即： 1 1）I段躲线路末端的短路；段躲线路末端的短路； 2 2）II段保护线路全长（加延时）；段保护线路全长（加延时）； 3 3）III段作为近后备、远后备段作为近后备、远后备（再延时）（再延时） 。 电流保护反应电流增大而动作，属于一种电流保护反应电流增大而动作，属于一种增量保增量保护护。4646 已经介绍内容的要点归纳：已经介绍内容的要点归纳：1 1、继电保护的作用、继电保护的作用2 2、继电保护的基本要求、继电保护的基本要求3 3、判别什么情况下属于有选择性？什么情、判别
20、什么情况下属于有选择性？什么情 况下属于误动？拒动？况下属于误动？拒动？4 4、继电特性、继电特性5 5、大电流接地系统？小电流接地系统？、大电流接地系统？小电流接地系统？6 6、最大运行方式？最小运行方式？、最大运行方式？最小运行方式？7 7、电流、电流1 1段的整定原则？最小保护范围计算段的整定原则？最小保护范围计算8 8、可靠系数的考虑因素、可靠系数的考虑因素4747 9 9、2 2段、段、3 3段的整定原则？灵敏度校验的公式段的整定原则？灵敏度校验的公式1010、延时的选择、延时的选择1111、近后备？远后备？、近后备？远后备？1212、TATA接线方式接线方式1313、方向元件为什么
21、能够判别短路方向？、方向元件为什么能够判别短路方向？1414、方向元件的接线方式、方向元件的接线方式1515、最大灵敏角、最大灵敏角1616、方向元件的动作特性（动作区域）、方向元件的动作特性（动作区域）1717、配置方向元件的原则、配置方向元件的原则1818、何谓方向元件的死区？、何谓方向元件的死区？48481 1）保护）保护1 1在何种情况下出现短路电流最大？在何种情况下出现短路电流最大？ 最小呢？最小呢？保护保护1 1短路电流最大：短路电流最大：S系统为最大运行方式；系统为最大运行方式； MN为单回线；为单回线； W系统为系统为最小运行方式；最小运行方式；49491 1）保护）保护1 1在何种情况下出现短路电流最大？在何种情况下出现短路电流最大？ 最小呢？最小呢？保护保护1 1短路电流最小：短路电流最小：S系统为最小运行方式；系统为最小运行方式； MN为双回线；为双回线； W系统为系统为最大运行方式。最大运行方式。50502 2）保护）保护2 2在何种情况下出现短路电流最小？在何种情况下出现短路电流最小？ W系统为最小运行方式；系统为最小运行方式； NP为双回线（分流作用）；为双回线（分流作用）； S系统为最小运行方式。系统为最小运行方式。 5151
